中国计量学院 课 程 设 计 说 明 书课程名称： 一级圆柱齿轮减速器设计 学生姓名： 学 号：XXX XXX XXX XXX专业班级： 指导教师：2011 年1月10 日课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文摘<
br />要： 齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力， 目前齿轮传动装置正逐步向小型化， 高速化， 低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率 高（一般可以达到 94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到 99%） ，传递功率范围 广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度 范围广（齿轮的圆周速度可以从 0.1m/s 到 200m/s 或更高，转速可以从 1r/min 到 20000r/min 或更高） ，结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪 器仪表中被广泛使用。本文设计的就是一种典型的一级圆柱齿轮减速器的传动装 置。其中小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度约为 217~286HBS，大齿轮材料为 45 钢 （调质） ，硬度约为 197~286HBS，齿轮精度等级为 8 级。轴、轴承、键均选用钢质 材料。关键词： 减速器、齿轮、轴、轴承II课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文目目 1 次 绪论 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 2 减速器研究背景及现状 课程目的要求 课程主要内容 总体方案设计 减速器动力参数确定 设计过程次III 2 2 3 3 3 4 4 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 9 9 9 10 10 10 10 11III齿轮设计 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7 齿轮选型 齿轮材料选取 齿轮许用应力计算 安全系数的选取 许用应力计算 疲劳系数校核 按齿根弯曲强度设计 参数的选取 强度计算 按齿面接触疲劳强度检验 齿轮几何尺寸计算 齿轮分度圆直径计算 齿轮中心距计算 齿轮螺旋角计算 齿轮宽度计算 齿轮圆周速度计算 齿轮定型3轴的计算课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 4轴的材料选择 轴的结构设计 最小径向尺寸确定 低速轴结构设计 高速轴结构设计11 11 12 13 17 20 20 20 20 20 20 21 21 21 22 23 24 24键槽 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 高速轴 选型 校核 低速轴 选型 校核5箱体结构设计 5.1 5.2 5.3 箱体主体结构 附件设计 箱体结构尺寸6 7设计小结 参考资料IV课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文1 绪论1.1 减速器研究背景及现状减速器是指在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用的 装置，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两 大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。在选用用减速器时应根据工作机的 选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速 器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。20 世纪 70－90 年代，我国的高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进到独立设计制造 3 个阶段。现在我国的设计制造能力已经基本上可满足国内生产需要。我国的低速重 载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿制等阶段。除了搜索掌握制造技 术外， 20 世纪 80 年代末推广硬齿面技术过程中， 在 我们还做了解决“断轴” 、 “选用” 等一系列工作。在 20 世纪 70-80 年代一直认为是国内重载齿轮两大难题的“水泥磨 减速器”和“轧钢机械减速器”可以说已经完全解决。20 世纪 80 年代末始，我国相 继制定了一批减速标准件，如 ZB19004-88《圆柱齿轮减速器》 、ZBJ19026-90《运输机 械用减速器》和 YB/T050-93《YNK 齿轮减速器》等几个硬齿面减速器标准。我国有自 己知识产权的标准，如 YB/T079-95《三环减速器》 。 国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面 占据优势， 减速器工作可靠性好， 使用寿命长。 但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主， 体积和重量问题，也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的 FA 型高精度减速器， 美国 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相 近，都为目前先进的齿轮减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、 高机械效率以及使用寿命长的方向发展。 近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中广泛应用，改变了制 造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷 制造、智能制造等先进技术。适应市场要求的新品种开发，是 21 世纪企业竞争的焦 点。在 21 世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。除了不断改进材2课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传 动原理的出现就是一例。因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。1.2 课程目的要求本课程设计主要是为了培养学生能够综合运用所学的基础知识和专业知识，结合仪器仪表结 构课程的内容，进行减速器设计的基本训练，让学生熟悉仪器设计的基本步骤，掌握仪器设计的 一些基本方法，同时加强学生的工程绘图能力。 目的： 1、 2、 3、 任务： 设计一级圆柱齿轮减速器的机械结构部分，绘制该齿轮减速器的总装配图和主要零件的零件 图。设计的减速器需达到以下指标：功率：4kw； 高速轴转速： 572R / min ；传动比：3.95 了解简单课题（项目）的一般实施方法。 掌握实际仪器仪表机械结构的设计方法。 掌握机械装配图与零件图的绘制方法。1.3 课程主要内容 1.3.1 总体方案设计传动装置的设计方案直观反映了工作机传动装置和原动机三者间的运动和力的传递关系。满足 工作机性能的传动方案可以由不同的传动机构类型以不同的组合形式和顺序构成。合理的方案首 先应满足工作机的性能要求，保证工作可靠并且结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传 动效率高和使用维护方便。本课程通过阅读有关资料，且根据任务书所给的参数和工作要求，明 确课程设计的方法和步骤，初步拟定计划。本课程设计的是一种典型的一级圆齿轮减速器。主要 包括两根轴，以及两个齿轮，小齿轮高速轴（1 轴）一起加工。3课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文1.3.2 减速器动力参数确定1、计算各轴转速（r/min） 高速轴（I 轴） nI= 572(r/min) ： 低速轴（II 轴） ：nII=nI/i 齿轮=572/3.95=144.8(r/min) 2、 计算各轴的功率（KW） 高速轴（I 轴） PI= ： =4KW低速轴（II 轴） ：PII= PI×η 轴承×η 齿轮=4×0.99×0.98=3.88KW 3、 计算各轴扭矩（N?mm） 高速轴（I 轴） ： =66783.22低速轴（II 轴） ：=1.3.3 设计过程1、强度计算及零件尺寸确定的主要内容 1) 2) 两根齿轮轴强度计算，并通过强度计算确定两根轴主要配合部分的尺寸； 各个轴承的选择及强度计算，并通过强度计算确定选择什么样的轴承，同时根据要求选 择轴承的精度等级； 3) 传动齿轮的选择及强度计算，确定大小齿轮各主要尺寸参数，同时确定两根轴之间的距 离，确定整套系统的大概尺寸。 4) 确定各附属零件如：螺帽、螺栓、垫圈、轴承盖等零件的具体尺寸和规格（可参考《机 械零件手册》 ）2、工程绘图主要内容 1) 2) 3) 4) 绘制一级齿轮减速器总装配图（A2） 绘制动力轴的零件图(A3) 绘制传动轴的零件图(A3) 绘制任意一个齿轮的零件图(A3)4课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文2 齿轮设计2.1 齿轮选型 常用齿轮主要由直齿轮和斜齿轮。直齿轮与斜齿轮的区别主要有以下几点： ①由于制造的误差，直齿传动的瞬时速度是变化的，主要是在轮齿啮入啮出的瞬 间会产生由于制造误差导致的速度不均匀变化，从而产生多边形效应。斜齿轮的 轮齿却是在每时每刻都在啮入啮出的状态中，没有啮合盲区，从而保证速度的均 匀性， 表象看来： 运行非常平稳。 ②与斜齿轮相比， 直齿轮计算齿轮参数较简单； 传动时,不会产生轴向力(沿轴长度方向),直齿轮两侧的零件尺寸较小； 可作滑移 齿轮,进行换档变速；安装、维修较方便等。③与直齿轮相比，斜齿轮承载能力 较大,用于大动率传动;在传动相同功率时,斜齿轮的尺寸较小,方便布置； 传动平 稳,冲击噪声和振动大为减少,用于高速传动；使用寿命长；不能用作换挡变速的 滑移齿轮使用；产生轴向力,斜齿轮两侧的零件尺寸较大等。综上，本课程采用 斜齿轮。2.2 齿轮材料选取本减速器功率较小，速度不高，用作一般传动，无需较大的载荷能力，故选用 8 级精度，且工艺过程较为简单，无需磨齿的软齿面齿轮。小齿轮材料选择 40Cr，大 齿轮：选择材料 45# 钢。齿轮各参数见表 1.表 1：齿轮的强度参数接触疲劳极限 齿轮 小齿轮 大齿轮 硬度/HBS 250(217-286) 220(197-286)弯曲疲劳极限σ H lim / MPa650(650-750) 550(550-620)σ FE / MPa560(560-620) 410(410-480)2.3 齿轮许用应力计算许用应力的公式为：[σ H ] = σ H lim MPa [σ F ] = σ FE MPaSH,SF5课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文2.3.1 安全系数的选取设本减速器为一般工业用， 采用一般可靠度。 所以本课程设计中采用最小安全系数为：S H min = 1 , S F min = 1.25 。2.3.2 许用应力计算小/大齿轮许用应力为： 小齿轮―― [σ H 1 ] = 650 MPa , [σ F 1 ] = 448MP 大齿轮―― [σ H 2 ] = 550 MPa , [σ F 2 ] = 328MPa .2.3.3 疲劳系数校核1. 接触应力： [σ H ] =σ H limSHK HL .1) 材料硬度 ≤ 350HBS，查表得循环基数 N HO = 10 7 . 2) 计算应力循环次数 N H = 60nt ，其中 n 是转速， t 是总时间。 根据要求，工作为一天 8 小时，一年工作 300 天，工作年限 5 年。则有： N H = 60nt = 60 × 572 × (300 × 8 × 5) = 4.12 × 10 8 . 3) 计算 K HL = 6N HO .因为 N H & N HO ，所以 K HL = 1 . NH2. 弯曲应力： [σ F ] =σ FESHK FL .N FO ，且 {K FL }max = 2 . N FV材料硬度≤当 350HBS 时，有 K FL = 6一般 N FV = N H ， N FO = 4 × 10 6 . 由于 N H & N FO ，则 K FL = 1 .6课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文2.4 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式： m≥[2KT1YFaYSa/(φdz12σF)] 1/32.4.1 参数的选取a) 选小齿轮齿数 z1=20，大齿轮齿数 z2=20×3.95=79。 b) 载荷系数： 假设本课程中所用电机为载荷均匀的电动机， 其载荷系数在 1~1.2 间。 斜齿、圆周速度低、精度高、齿宽系数小时取小值；直齿、圆周速度高、精度低、 齿宽系数大时取大值。且安装过程中，齿轮在两轴承间对称布置时取小值，齿轮 在两轴承间不对称布置时取大值。综上所述，本课程设计过程中，取 K = 1.2 。 c) 齿宽系数 φ d ：减速器一般都采用对称分布，由于本减速器齿轮采用软齿面，查资 料得 φ d = 0.8 ~ 1.4 ，本课程设计过程中选取 φ d = 1.0 。 d) 由 2.3.2 得 [σ F 1 ] = 448MPa 、 [σ F 2 ] = 328MPa 。 e) 初选螺旋角 β ： β 角越大，则重合度增加使传动平稳，但轴向力也增加，因而增加轴承负载。一般 β = 8° ~ 14° ，本课程设计过程中取β = 8° 。2.4.2 强度计算齿轮转矩： a)小齿轮 T1 = 66783.22 N ? mm ；b) 大齿轮 T2 =
N ? mm . 当量齿数： zv = z cos 3 β ， z = v1z v1 = 20.60 z v 2 = 81.3520 79 = 20.60, z v 2 = = 81.35 3 cos β cos 3 β根据外齿轮的齿形系数 YFa ： 根据《机械设计基础》图 11-8，得 YFa1 ≈ 2.90, YFa 2 ≈ 2.30 . 外齿轮的齿根修正系数 Ysa ：7YFa1 ≈ 2.90 YFa 2 ≈ 2.30 Ysa1 ≈ 1.57 Ysa 2 ≈ 1.78课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文根据《机械设计基础》图 11-8，得 Ysa1 ≈ 1.57, Ysa 2 ≈ 1.78 . 比较两齿系数： 对大齿轮进行 弯曲强度计算{YFa × Ysa [σ F ]}1 = 10.163 × 10 ?3 {YFa × Ysa [σ F ]}2 = 12.482 × 10 ?3{YFa × Ysa [σ F ]}1 & {YFa × Ysa [σ F ]}2法向模数 mn ： mn ≥ 3，说明应对大齿轮计算2 KT1 YFa × Ysa ? cos 2 β = 1.62mm 2 [σ F 2 ] φd Z1mn = 2mm按《机械设计基础》表 4-1 圆整，取 分度圆直径：mn ? z1 2 × 20 = mm = 40.39mm cos β cos 8° m ?z 2 × 79 d2 = n 2 = mm = 159.55mm cos β cos 8° d1 =mn = 2mmd1 = 40.39mm d 2 = 159.55mm齿宽 b ：齿 宽 系 数 取 φ d = 1.0 .b1 = φ d ? d1 = 1 × 40.39mm = 40.39mm，取40mm所以大齿轮宽度为 40mm,小齿轮宽度为 45mmb1 = 45mm b2 = 40mm2.5 按齿面接触疲劳强度检验接触疲劳强度检验公式材料弹性系数 Z E ： 小齿轮(40Cr) C 大齿轮(45#)， Z E = 189.8 节点区域系数 Z H ： 根据《基础》P171，对于标准齿轮，有 Z H = 2.5 . 螺旋角系数 Z β ： Z β = cos β = 0.9950 .8Z E = 189.8Z H = 2.5Z β = 0.9950课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文接触强度： 取许用应力 σ H = min{[σ H 1 ], [σ H 2 ]} = 550 MPa . 对于小齿轮：弯曲强度 不符合要求σ H 1 = 612.49MPa & [σ H ]小齿轮的弯曲强度不满足强度要求。需要增加法向数模，并 对小齿轮进行校核。? Z × Z E × Zε 齿轮强度条件公式： d1 ≥ 3 ? H ? [σ H ] ?? 2 K ? T1 (u + 1) ? ? ? ? ?d u ?2由此前数据：Z E = 189.8 、Z H = 2.5 、Z β = 0.9950 σ H = min{[σ H 1 ], [σ H 2 ]} = 550 MPa 、得 d1 ≥ 56.99mm 所以在设计过程中取标准法向模数 mn = 3mm .经过校验所以，本课程最后确定 mn = 3mm 。2.6 齿轮几何尺寸计算 2.6.1 齿轮分度圆直径计算小齿轮：60.606mm大齿轮：239.394mm2.6.2 齿轮中心距计算148.5mm9课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文为便于制造和测量,初定:a = 150mm .2.6.3 齿轮螺旋角计算m (Z + Z ) mn (Z1 + Z 2 )，得 β = cos ?1 n 1 2 = 8? 6 &#39;34.61&#39;&#39; 2a 2 cos β由a =2.6.4 齿轮宽度计算b = ? d ? d1 = 1 × 60.606 = 60.606mm圆整得大齿轮宽度: b2= 60mm ,取小齿轮宽度: b1 = 65mm .2.6.5 齿轮圆周速度计算πd1 n160 × 1000v=合理。=π × 60.606 × 57260 × 1000m s = 1.815 m s & 6 m s ，故传动精度选为 8 级2.7 齿轮定型经过一系列的计算，基本确定了各齿轮的参数，具体见表 2表 2：大小齿轮基本参数（单位：mm）名称 齿数 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心距 齿宽符号公式z d haz d = mz * ha = ha m* h f = ( ha + c * ) m齿1 20 60．606 3 3.75 66.606 53.106 150 65齿2 79 239.394 3 3.75 245.394 231.894 60hfdadfd a = d + 2h a d f = d ? 2h faba = m( z1 + z 2 ) / 2 b = ψ d d110课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文3 轴的计算3.1 轴的材料选择轴的常用材料为 35、45、50 优质碳素结构钢，最常用的是 45 钢。对于受载较小 或不太重要的轴，也可用 Q235、Q275 等普通碳素就够钢。对于受力较大，轴的尺寸 和重量受到限制，以及有些特殊要求的轴，也可用合金钢。本减速器用作一般用途， 因此在设计过程中选用 45 钢，调质处理。 根据《机械设计基础》表 14-1 得，轴的主要力学性能：硬度 217~255HBS， 强度极限 ，屈服极限 ，弯曲疲劳极限 。根据 《机械设计基础》 14-2， 表 轴材料参数如下：[τ ] = 30 ~ 40 MPa, C = 118 ~ 107 . 对于既传递转矩又承受弯矩的转轴，许用扭切应力 [τ ]取小值，本课程设计过程中取[τ ] = 30MPa ；对于 C 的取值，当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时， C 取较小值，否则取较大值，因此，本课程设计中 C=115。3.2 轴的结构设计轴按结构形状可分为：光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴等。最常见的是阶梯轴， 它的强度接近等强度，加工也不复杂，同时轴上的零件能可靠地固 定，并且拆卸方 便。轴的机构设计包括确定轴的形状、轴的径向尺寸和轴向尺寸。在确定轴的径向尺 寸和结构时，要在初估直径的基础，考虑轴承型号选择，轴的强度、轴上零件的定位 与固定等，以便于加工装配。不同的装配方案，有不同的阶梯轴形式。 轴的结构设计的主要的要求是： 1) 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（满足制造安装要求） 。 2) 轴和轴上零件要有准确的工作位置（满足定位要求） 。11课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文3) 各零件要牢固而可靠地相对固定（满足固定要求） 。 4) 轴上轴承配合的部分称为轴颈；与其它零件配合的 部分称为轴头；连接轴头 和轴颈的部分叫做轴身。 5) 常用的轴上零件的轴向固定方法是利用轴肩和轴环结构。图中的齿轮和联轴 器就是分别 靠轴环和轴肩作轴向固定的。为了保证轴上零件能靠紧定位面， 轴肩和轴环的圆角半径 r 应小于轴上零件孔的倒角高度 C 或圆角半径 R 。 6) 为了保证轴上零件定位可靠，安装零件的轴头长度必须稍短于零件长度（见 图中的齿轮 和联轴器），否则会出现间隙，使相邻零件不能靠紧（如齿轮 与轴套、联轴器与轴端挡圈）。 7) 零件在轴上作周向固定是为了传递扭矩和防止零件与轴产生相对运动。齿轮 和轴通常采 用平键连接方式，其配合性质可为间隙配合或过渡配合（减速 器中，齿轮与轴的常用优先 配合为 H7 / h6、H7 / m6、 H7 / k6 等）。 8) 轴颈或轴头与轴肩的过渡处应有砂轮越程槽，螺纹部分应有退刀槽结构。 9) 为了便于导向和防止擦伤配合表面，轴的两端及有过盈配合的台阶处都应制 成倒角。 10) 为了减少加工刀具种类和提高生产效率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可 能取相同尺 寸。3.2.1 最小径向尺寸确定轴的最小直径确定公式：根据 3.1 中确定的参数得： 高速轴：低速轴：，考虑到有键槽，扩大 5%，得 ，考虑到有键槽，扩大 5%，得12课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文3.2.2 低速轴结构设计低速轴的定性设计结构，可依次将齿轮、套筒、左端滚动轴承、轴承盖和分带轮 从轴的左端装拆，另一滚动轴承从右端装拆。为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段 的端部应有倒角。下文中各段标记为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ，并依次对图中各段轴径作讨 论计算。VI V IV III II I1，5―滚动轴承 2―轴 7―键 8―轴承端盖3―齿轮 4―套筒 9―轴端挡圈6―密封盖1. 各段几何参数选定 单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布。齿轮左面由套 筒定位，右面由轴肩定位，联接以平键作为过渡配合固定，两侧轴承用轴肩定位。 1) Ⅰ段参数： 本段为外伸输出轴连接部分，一般连接联轴器。此处的轴径一般是全轴的最 小处，按需用切应力的计算方法进行估算。但与外接零件（如联轴器）的孔径要 相匹配，并应能保证键连接的强度要求，尺寸应尽可能圆整为标准值。13课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文? 在一般减速器中，低速轴的最小轴径可按同级齿轮中心距估算，有经验公式 按最小比例 0.3 计算， 本段轴径为 D1 = 45mm . d = (0.3 ~ 0.4 ) ? a = (45 ~ 60 )mm ， ? 根据本减速器要求， 适宜采用弹性套柱销联轴器。 《机械设计基础》 17-1， 由 表 得在计算输出轴的转矩时应将惯性力和工作中的过载等考虑在内，需要乘上 载荷因子，选取 K A = 1.5 ，则 Tc = K A ? T2 = 1.5 × 255.9 N ? m = 383.85 N ? m ，由 《机械零件设计手册》表 16-7，选用 TL7 型联轴器，许用转矩 500 N ? m ，轴 孔直径 45mm ，轴孔长度 84mm . 联轴器型号为：TL7JA45 × 112 JA45 × 84GB5014 ? 85? 取本段轴径 D1 = 45mm ，既符合从经验公式出发，既满足了最小轴径条件， 也符合了联轴器的标准化。 ? TL7 型半联轴器与轴配合的毂孔长度为 L1 = 84mm ，为了保证轴端挡圈只压在 半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短，取 L1 = 82mm . 2) Ⅱ段参数 ? Ⅰ段右端需制出一轴肩，因此Ⅱ段半径因大于Ⅰ段半径δ = (0.07 ~ 0.1) ? D1 = 3.15 ~ 4.5mm取 δ = 3.5mm ，因此Ⅱ段轴径 D2 = D1 + 2δ = (45 + 2 × 3.5)mm = 52mm ? 由于轴承端盖宽度为 20mm ，故取 L2 = 70mm . 3) Ⅵ 段参数 本段用于安装轴承，由于齿轮是斜齿轮，工作中将产生一定的轴向力，所以应选 择圆锥滚子轴承。对与其径向尺寸，应稍大于 D2 . 按《机械零件设计手册》表 14-33， 选择轴承型号为 30211。 其基本几何参数为 d × D × B = (55 × 100 × 21)mm , 安装参数为 d a = 64mm . ? 因此轴承采用轴环定位，本段几何尺寸选定为 D3 = D6 = 55mm, L6 = 21mm . 4) Ⅴ段参数 ? 本段为轴环，用于定位齿轮和右侧的轴承。其轴肩高度 h ≥ 0.07 D6 = 3.85mm ，14课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文取本段轴径为轴承安装尺寸 d a = 66mm ，即 D5 = 66mm . ? 本段长度 b ≥ 1.4h = 1.4 × 5) Ⅲ段参数 ? 本段也用于安装轴承，轴承应遵循对称原则，因此轴径定为 D3 = 55mm . ? 本段的长度计算：取齿轮距箱体内壁距离 a = 10mm ，考虑配合长度应比齿轮 的轮毂宽度段 2 ~ 3mm ，故66 ? 55 mm = 7.7 mm ，因此选定 D5 = 10mm . 2L3 = B + a + 3mm = 34mm其数值也满足了对称原则，与轴环和轴承宽（即Ⅴ、Ⅵ段之和）相近。 6) Ⅳ段参数 ? 本段用于安装齿轮，已知齿轮宽为 60mm ，其配合长度应比齿轮的轮毂宽度段2 ~ 3mm ，因此取本段轴向长度 L4 = 58mm .? 本段轴径在Ⅲ 和Ⅴ 之间，即 55 ~ 65mm ，考虑键槽的合理性，取 D4 = 58mm . 2. 基本参数 已知 T2 =
N ? mm, n2 = 144.81R / min, P2 = 3.88kW . 齿轮参数 d 2 = 239.394mm , α = 20° . 由 3.1 得轴的材料力学性能：σ b = 650MPa, σ s = 360MPa, σ ?1 = 270MPa,τ ?1 = 155MPa .3. 按弯扭合成校核强度 1） 轴上受力分析：15课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文轴 轴 轴 Ft ? 2 = 径轴 轴 Fr ? 2 =2T2 = 2137.88 N d2 Ft ? 2 tan α n = 785.77 N cos β轴 轴 轴 Fa ? 2 = Ft ? 2 tan β = 300.46 N2）求支承反力： 水平支承反力：?∑ M A = 0 F (a + b ) = F ? a + F ? d 2 r a ? BZ ? 2 Fz = 0 F + F = F ?∑ AZ BZ r d Fr ? a ? Fa ? 2 2 = 32.28 N 有： FBZ = a+b故得： FAZ = 31.13 N , FBZ = 753.49 N 垂直支承反力：? ?∑ M A = 0 FBY ? b = FAY ? a ? ? ?∑ Fy = 0 FAY + FBY = Ft ?故得： FAY = FBY = 3）作出弯矩图 分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩. 水平面弯矩：Ft = 1068.94 N 2? M bZ = FAZ ? a = 37.67 N ? m ? ′ ?M bZ = ? FBZ ? a = ?1.614 N ? m垂直面弯矩 M bY = FAY ? a = 53.45 N ? m 总弯矩2 2 M b = M bY + M bZ = 65.39 N ? m 2 ′ ′2 M b = M bY + M bZ = 53.47 N ? m4）作出扭矩图: αT2 = 0.6 × 255.9 N ? m = 153.54 N ? mm .16课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文2 5）作出计算弯矩图: M ca = M + (αT ) , 2M ca = 65.39 2 + 153.54 2 = 164.53 N ? m6）按当量弯矩计算轴径 考虑转轴为单向旋转，因此按脉动循环应力变化，则折合系数取 α = 0.6 .则d≥310 M b2 + (αM )2σ ?1bP= 30.30mm截面处有一键槽，考虑到键槽对轴的削弱，将最小轴径增大 5% ，故d = 1.05 × 30.30mm ≈ 31.815mm & D4因此上述尺寸符合强度要求。3.2.3 高速轴结构设计高速轴的的设置基本上与低速轴相似。其装配图如下：1，5―滚动轴承 2―轴 3―齿轮轴的轮齿段 6―密封盖 7―键 8―轴承端盖 9―轴端挡圈4―套筒1.各段几何参数选定 第一段为外伸输出轴连接部分，一般连接联轴器。此处的轴径一般是全轴的最小 处， 按需用切应力的计算方法进行估算。 但与外接零件（如联轴器） 的孔径要相匹配，17课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文并应能保证键连接的强度要求，尺寸应尽可能圆整为标准值。根据本减速器要求，适 宜采用弹性套柱销联轴器。由《机械零件设计手册》表 16-7，选用 TL5 型联轴器，许 用转矩 125 N ? m ，轴孔直径 30mm 。 在设计过程中取本段轴径 D1 = 30mm ， TL7 型 半联轴器与轴配合的毂孔长度为 L1 = 60mm ，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而 不压在轴的端面上,故段的长度应比略短，取 L1 = 58mm . 第二段作用与低速轴设置相同，取此段轴径 ，此段长为 70mm。第三段与第七段主要用于安装轴承，由于齿轮是斜齿轮，工作中将产生一定的 轴向力，所以应选择圆锥滚子轴承。由《机械零件设计手册》表 14-33，选择轴承型 号为 30208 型。其参数为 d × D × B = (40 × 80 × 18)mm , 安装参数为 d a = 48mm 。所以 在设计过程中，此段轴径为 ，此两段周长度为 =18mm。第四段与第六段主要用于轴承定位，采用的是周环定位。此处尺寸设计与高速 轴 V 处设计相同。即 ， =8mm。第五段处为齿轮，本课程设计过程中，将小齿轮与低速轴加工在一起。由小齿 轮的参数得，该段轴径 2.按弯扭合成校核强度 1）轴上受力分析： ，此段长度为 。轴 轴 轴 Ft ?1 = 径轴 轴 Fr ?1 =2T1 = 2203.85 N d1 Ft ?1 tan α n = 810.02 N cos β轴 轴 轴 Fa ?1 = Ft ?1 tan β = 309.73 N2）求支承反力： 水平支承反力：d ?∑ M A = 0 F (l + l ) = Fr ? l + Fa ? 2 ? BZ ? 2 ?∑ Fz = 0 FAZ + FBZ = Fr有： FBZ =Fr ? l ? Fa ? 2ld1 2 = 308.25 N故得： FAZ = 501.77 N , FBZ = 308.25 N18课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文垂直支承反力：?∑ M A = 0 FBY ? l = FAY ? l ? ? ? ?∑ Fy = 0 FAY + FBY = Ft ?故得： FAY = FBY = 3）作出弯矩图 分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩. 水平面弯矩：Ft = 1101.93 N 2? M bZ = FAZ ? l = 24.34 N ? m ? ′ ?M bZ = ? FBZ ? l = ?14.95 N ? m垂直面弯矩 M bY = FAY ? l = 53.44 N ? m 总弯矩2 2 M b = M bY + M bZ = 58.72 N ? m 2 ′ ′2 M b = M bY + M bZ = 55.49 N ? m4）作出扭矩图: αT1 = 0.6 × 66.78 N ? m = 40.07 N ? mm .2 5）作出计算弯矩图: M ca = M + (αT ) , 2M ca = 58.72 2 + 40.07 2 = 71.09 N ? m6）按当量弯矩计算轴径 考虑转轴为单向旋转，因此按脉动循环应力变化，则折合系数取 α = 0.6 .则d ≥310 M b2 + (αM )2σ ?1bP= 22.8mm截面处有一键槽，考虑到键槽对轴的削弱，将最小轴径增大 5% ，故 d = 1.05 × 22.8mm ≈ 23.94mm & D5 因此上述尺寸符合强度要求。19课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文4 键槽4.1 高速轴 4.1.1 选型高速轴需一处键槽， 即轴的外伸端， 属于静连接， 校核挤压强度。 此处轴径 30mm ， 相应键槽的尺寸为：b = 8, h = 7, L = 18 ~ 90, t = 4, t1 = 3.3(单位 : mm ) .根据外伸端长度 L1 = 58mm 及联轴器型号， 选定为 L = 50mm . 因此槽宽 b = 8mm ，4.1.2 校核查《机械设计基础》表 10-10 得：键的强度许用值为： σ p = (100 ~ 120 )MPa . 在载荷分布均匀时，有挤压强度 σ p ?1 = 满足强度条件 σ p ?1 & σ p .[ ]4T 4 × 66783.22 = MPa = 25.44 MPa dhl 30 × 7 × 50[ ]4.2 低速轴 4.2.1 选型低速轴需要两处键槽，即轴的外伸端与齿轮处，均为静连接，校核挤压强度。 外伸端处轴径为 45mm ，相应键槽尺寸为：b = 14, h = 9, L = 36 ~ 160, t = 5.5, t1 = 3.8(单位 : mm ) . 因此槽宽 b = 14mm ，槽底处最小轴的厚度为 d ? t = 39.5mm ，根据外伸端 L1 = 82mm 及联轴器型号，定为 L = 72mm ， 且槽的右端距离本段轴的右端面距离 L ′ = 5mm . 齿轮处轴径为 58mm ，则查《机械设计基础》表 10-9 得，相应键槽尺寸为：b = 18, h = 10, L = 45 ~ 180, t = 6, t1 = 4.3(单位 : mm ) . 因此槽宽 b = 16mm ，槽底处最小20课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文轴的厚度为 d ? t = 52mm ，根据此段轴的宽度，设计此处键槽 L = 48mm ，且槽的右 端距离本段轴的右端面距离 L ′ = 4mm .4.2.2 校核1) 轴端处 在载荷分布均匀时，有挤压强度 σ p ? 2?1 = 满足强度条件 σ p ? 2?1 & σ p . 2) 齿轮处 在载荷分布均匀时，有挤压强度 σ p ? 2? 2 = 满足强度条件 σ p ? 2?1 & σ p .4T 4 ×
= MPa = 35,1MPa dhl 45 × 9 × 72[ ]4T 4 ×
= MPa = 36.77 MPa 58 × 10 × 48 dhl[ ]5 箱体结构设计5.1 箱体主体结构箱体结构是减速器的重要组成部件，分为上箱盖（简称箱盖）和下箱体（简称箱 体）两 部分。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度 箱体同时能容纳润滑油。减速器的润滑是保证减速器正常工作的重要条件，他可 以减少 齿轮和轴承接触面上的摩擦和磨损，同时也可以散热、防锈和减轻噪音。减 速器齿轮常用的 润滑方式是齿轮浸浴在油池中，让润滑油被带到齿轮啮合表面进行 润滑，为防止轮缘 轮辐 轮毂 搅油时功率损失过大，齿轮浸入油池的深度不宜过深。 通常，圆柱齿轮浸入油中的深度为 2 个齿高。 设计过程中低速级齿轮的齿顶圆距箱底不应小于 30 ~ 35 mm 左右，以避免池底 油泥杂物被带到齿 面上来。21课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文箱体一般采用灰铸铁制造，因为灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。 且为 了便于箱体部件的安装和拆卸；箱体制成沿轴心线的分式结构，即上箱盖与下箱体用 螺栓连接成一体。 另外箱体的外形要力求简单并具有一定的壁厚。连接螺栓孔尽量靠近轴承座孔， 而轴承座旁 的凹台，应具有足够的承托面，以便放置连接螺栓，并保证旋紧螺栓时 需要的扳手空间。为 了使箱体具有足够的刚度，轴承座部分应有适当的厚度，并在 轴承孔上设置加强肋板。 采用嵌入式轴承盖时， 轴承座孔内还要加工成环周的矩形槽。5.2 附件设计为了保证减速器正常地工作，除了对齿轮、轴、轴承组合及箱体的结构给予足够 的重视 外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及检修 时箱盖与箱体的 精确定位等辅助零件和部件的设计。 1．检查孔 为了检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当部 位设置检查孔。实测的减速器的检查孔设在上箱盖可直接观察到齿轮啮合部位处。平 时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。 2．通气孔 减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大。为使箱体内热涨 空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或油封等其它缝隙 渗漏， 通常在箱体顶部装置通气器。 3．轴承盖 为了固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封 闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。实测减速器采用的是嵌入轴承盖。它通过榫槽镶 嵌固定 在箱体的轴承座孔内，外伸轴处的轴承盖有通孔，孔的圆周上有梯形槽，其 中装有毛毡圈， 用以密封。 4．定位销 为了保证每次拆卸、安装箱体时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应 在精加工轴承孔前，在箱盖与箱体的连接凸缘上配装定位销。实测减速器采用的是两 个定位 销，安置在箱体纵向两侧连接凸缘非对称的位置上。22课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文5．油面指示器 为检查减速器内油池油面高度，经常保持油池内有适量的润滑油，一 般在箱体便于观察且油面较稳定的部位，装设油面指示器。实测减速器采用的油面指 示器是 油标。 6．放油螺塞 为了方便换油、排放污油和清洁剂，应在箱体底部、油池的最低位置处 开设放油孔， 平时用螺塞将放油孔堵住。 放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。 7. 启箱螺钉 为加强密封效果，通常在装配时在箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶， 因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖连接凸缘的适当位置加工出 1 ~ 2 个 螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉，旋动启箱螺钉便可将箱盖顶 起，小型减速器 也可不设启箱螺钉，启盖时用起子橇开箱盖。 8. 调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要 起调整传动零件轴向位置的作用。5.3 箱体结构尺寸在满足前述各条件下，本课程对箱体结构尺寸进行确定。具体尺寸见表 3.表 3 箱体结构尺寸名称 机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联结螺栓直径 机盖与机座联接螺栓直径 连接螺栓 d2 的间距 轴承端盖螺钉直径 定位销直径 d1, d2 至外机壁距离 d1 d2 至凸缘边缘距离 轴承旁凸台半径 箱座高度 外机壁至轴承座端面距离 大齿轮顶圆与内机壁距离符号 δ δ1 b b1 b2 df n d1 d2 l d3 d C1 C2 R1 H l1 △123尺寸（mm） 8 8 12 12 20 20 4 16 12 150 8 8 22, 18 20，16 14 230 60 12课程设计―一级圆柱齿轮减速器设计论文齿轮端面与内机壁距离 机盖、机座肋厚 轴承旁联接螺栓距离△2 m1 ,m s12 8， 8 尽量靠近，以 Md1 和 Md2 互 不 干涉为准，一般 s=D26 设计小结课程设计都需要刻苦耐劳，努力钻研的精神。课程设计过程中，发现了自己好多 薄弱的知识点，出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固，许多计算方法、公式都 忘光了，要不断的翻资料、看书，和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦，有时还会有 放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且学到了，应该是补回了许多以前没 学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。7 参考资料《机械设计课程设计手册》(第二版)――清华大学 吴宗泽，北京科技大学 罗圣 国主编 《机械设计课程设计指导书》 （第二版）――罗圣国，李平林等主编 《机械课程设计》 （重庆大学出版社）――周元康等主编 《机械设计基础》 （第五版）课本――杨可桢 程光蕴 主编 《简明机械设计手册》 （机械工业出版社）――朱龙根 主编24
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